《计算机的存储系统》PPT课件

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1、第五章计算机的存储系统现代计算机采用程序控制方式工作，因此，用来存放程序的存储系统是计算机的重要组成部分。我们平常所说的存储器包括内存储器和外存储器。内存储器包括主存储器和高速缓存，外存储器即辅助存储器。主存储器简称主存，它位于主机内部。本章介绍计算机的存储系统，包括主存储器的基本组成、层次结构和工作原理，高速缓存的工作原理，以及各类外存储器。第一节存储器与存储系统概述一、存储器的作用现代计算机都是以存储器为中心的计算机，如下图所示是计算机硬件系统最简化的组成结构框图，从该图可以看出，存储器处于全

2、机的中心地位。(1)计算机当前正在执行的程序和程序运行中所需要的数据都是存放在存储器中的，CPU中的控制部件所需的指令是从存储器中取出的，CPU中的运算部件所需的数据也是从存储器中取出的(除了少量的暂存于CPU寄存器中的原始数据、中间结果)。(2)现代计算机可以配置的输人、输出设备越来越多，数据传送速度不断加快，并且多数采用直接存储器存取(DMA)方式和输入输出通道技术，这些输入、输出设备与存储器是直接交换数据而不是通过CPU。(3)共享存储器的多处理器计算机的出现，使得可利用存储器来存放共享数据

3、，并实现各处理器之间的通信，更加强了存储器作为整个计算机系统中心的作用。上图中所提的存储器通常是指主存储器，主存储器简称主存，但在一般叙述中，常称为内存储器（简称内存），其实内存储器应包括主存和高速缓存。作为计算机的存储系统，还应包括外存储器，现在的计算机系统都把外存储器作为计算机的基本配置。外存储器不能由CPU直接访问，它用来存放当前机器暂不运行的程序和数据。一旦机器需要存放在外存储器中的程序或数据，它可利用DMA方式把程序或数据直接传送到主存储器中，然后再由CPU去访问。由于目前CPU都是由高

4、速器件组成的，因此大多数指令的执行速度基本上取决于主存储器的存取速度，取决于主存储器的技术发展水平。计算机整机性能是与主存储器的技术发展密切相关的。二、存储器分类按照存储元件的性能和使用方法等多种因素，存储器有各种不同的分类方法。1、按存取方式分类存储器按存取方式分类，可以分为随机存取存储器、只读存储器、顺序存取存储器和直接存取存储器4类。(1)随机存取存储器。随机存取存储器常用RAM表示,它的特点是：存储器中任何一个存储单元都能由CPU或I/O设备随机存取,且存取时间与存取单元的物理位置无关。这

5、类存储器在一个存或取周期内只能进行一次访问,信息读取时间对任何地址都是相同的。而且,每一个字(字节)都有惟一的、直接和独立的寻址方法。随机存储器常用做主存或高速缓存。(2)只读存储器。只读存储器的特点是：存储器的内容只能读出而不能写入，常用ROM(ReadOnlyMemory)表示。这类存储器常用来存放固定不变的系统程序。作为固定存储，故又称做“固存”。这种事先写入又不能改写的ROM使用起来十分不便。后来又出现了可编程只读存储器（PROM），在制作时不写入信息，用户可根据需要写入具体要存储的内容，

6、信息写入后就不能再改变。为了适应需要，进而出现了可擦编程只读存储器（EPROM），它可以采用紫外线等高能射线照射，抹去原存的内容，再用专用写入器，以高于使用条件的电压进行存储内容的写入。目前，广泛使用电擦除可编程的只读存储器（E2PROM），为用户方便地存入和改写内容提供了物质条件。(3)顺序存取存储器。顺序存取存储器的特点是：存储器中存储的信息(字或者记录块)，完全按顺序进行存放或读出，在信息载体上没有惟一对应的地址号，访问指定信息所花费的时间和信息所在存储单元的物理位置密切相关，故称为顺序存取

7、存储器，常用SAM表示。例如，磁带存储器就是顺序存取存储器，其信息的记录格式以记录块(或数据块)为单位再加上一些间隔和标志区，顺序地排列成若干个记录块并组成一个记录文件。当要访问某个记录块时，只能按顺序寻找目的块。因此，其存取时间长，速度慢。这种存储器的存储容量可以做得较大，位价格也低。(4)直接存取存储器。直接存取存储器的特点是：存储器的任何部位(一个字或字节、记录块等)没有实际的、连线的寻址机构，当要存取所需要的信息时，必须执行两个逻辑操作：首先，直接指向整个存储器的一个小区域(如磁盘上的磁道

8、或磁头)；然后对这一小区域像磁带那样顺序检索、记数或等待，直至找到最后的目的块(磁道上的扇区)。由于可以直接指向存储器的一个很小的局部，故称为直接存取存储器，常用DAM表示。又因后半段操作是顺序存取，故又有半顺序存储器之称。这类存储器的存取时间与信息存放的位置无关，而且，同一位置的信息在不同的时刻存取所需的时间长短也不相同。磁盘存储器就是直接存取存储器。这种存储器容量大，存取速度介于随机存储器与顺序存取存储器之间，多用做辅助存储器。顺序存取存储器和直接存取存储器又合称为串行访问存储